[教育]壓力及溫度測量儀表

1、常用的壓力及溫度測量儀表,,第一節(jié) 壓力及差壓測量儀表,一、基本概念 1、壓力及其單位 壓力的定義：介質(zhì)垂直均勻作用于單位面積上的力。式中：P——壓力； F——作用力 S——作用面積,我國的法定計量單位中規(guī)定壓力的基本單位是帕斯卡（簡稱帕），符號為Pa。它的定義是：1牛頓力垂直作用在1平方米面積上所形成的壓力。 壓力的導出單位有：千帕，kPa；兆帕，M

2、Pa。1MPa＝103kPa＝106Pa。以前工程中經(jīng)常使用的單位有kgf/cm2，mmH2O，mmHg是非法定計量單位，已不許使用。但在工作中常見到。,2、壓力的表示方法： 在壓力測量中，常用的壓力的表示方法有絕對壓力、表壓力、差壓、大氣壓力、負壓或真空度。 絕對壓力：指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點以絕對真空為基準。又叫總壓力或全壓力。常用符號pa來表示

3、。,大氣壓力：指地球表面空氣柱重力所產(chǎn)生的平均壓力值。它隨時間、地點而變化。用符號pb表示。 表壓力：高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差，或者是相對將大氣壓力作為零的壓力叫表壓力。 一般壓力表的讀數(shù)就是在當?shù)卮髿鈮毫ο碌谋韷毫?。用符號pg表示。絕對壓力、表壓力和大氣壓力的關系如下：,負壓（或真空表壓力）：指比大氣壓力第的表壓力，用符號pv表示。 真空度V：當絕對壓力低于大氣壓力

4、時的絕對壓力成為真空度。 差壓pd ：指兩個壓力之間的差值，或者以大氣壓力以外的任意壓力作為零點所表示的壓力，用符號pd或Δp表示。,,,,,,,,,,Pa 絕對壓力,完全真空,Pb 大氣壓力,Pd 差壓,Pd 差壓,Pv 負壓,,Pg 表壓力,,,,,代表規(guī)定基準點,代表任選的基準點,各種壓力表示方法的關系圖,V,3、壓力等級的劃分 在工業(yè)生產(chǎn)中，按照介質(zhì)各種壓力的大小不同將壓力劃

5、分為以下幾個等級：微壓：p＜0.01MPa低壓：0.01MPa≤p＜0.25MPa中壓：0.25MPa≤p＜100MPa高壓：100MPa≤p＜1000MPa超高壓：p≥1000MPa,4、測壓儀表的分類： 測壓儀表根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同，大致可分為四大類： 1)液柱式壓力計：將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱的高度進行測量； 2)彈性式壓力計：將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的彈性形變的位移進行測量；,

6、3) 活塞式壓力計：將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加的平衡砝碼的重量進行測量； 4)電氣式壓力計：將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進行測量。 5、壓力計的準確度等級 1）活塞式：國家基準：±0.002%； 工作基準：±0.005%一等標準：±0.02％；二等標準：±0.05％；三等標準：±0.2％,2）液柱式：國家基準：±0.00

7、2%～±0.005%標準器：±0.05％～±0.2％；工業(yè)用：±0.5％，±1.0%，±2.5％ 3）彈簧管式壓力表：精密壓力表：±0.1％， ± 0.16%，± 0.25％，±0.4％ 一般壓力表：±1.0％，±1.6%，±2.5％，±4.0％,二、液柱式壓

8、力計： 液柱式壓力計是以液體靜力學原理為基礎的，一般采用水銀或水作為工作液，主要用于測量低壓、負壓和壓力差。液柱式壓力計的結(jié)構(gòu)形式有三種：U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計。,1. U形管壓力計 U形管壓力計是將一根內(nèi)徑為6-10mm的玻璃管彎成U形或用橡皮管將兩根平行的玻璃管連通起來固定在平板上，兩管之間裝有刻度標尺，刻度零點在標尺中央。 測量時，U形管一端接被測介質(zhì)，一端通大氣。這樣

9、高壓側(cè)液面下降，低壓側(cè)液面上升，分別讀出兩管液柱從零點位置上升和下降的高度，兩個高度之和即為被測壓力（以液柱高度表示）。,,,,壓力單位以Pa，則可用下式換算：P＝ρ·g·hP——被測介質(zhì)的壓力（表壓），Paρ——壓力計工作液體的密度，Kg/m3g——重力加速度，m/s2h——液柱高度cm,,,,,,,,,,pb,p,,,,,,,,,,,,,,0 0,1 1,2 2,3 3,

10、4 4,1 1,2 2,3 3,4 4,h,,h2,h1,,…………………………………,U形管壓力計原理圖,若通大氣一側(cè)的管子不通大氣，而與另一被測介質(zhì)相接，此時液柱高度差代表兩處介質(zhì)的壓力差，即差壓。 U形管壓力計的缺點： U形管壓力計的兩管內(nèi)徑很難保證做到完全一致，所以測量時必須讀出兩管中液面的高度。兩次讀數(shù)也較麻煩，容易造成誤差。,2、 單管壓力計（杯形）壓力計

11、： 單管壓力計實際上是U形管壓力計的變形，將U形管的一根管子改成直徑較大的杯形容器。被測介質(zhì)的壓力加在杯形容器上，玻璃管一端通大氣。當被測壓力變化時，玻璃管的液面也隨著移動，待穩(wěn)定后只需一次讀出玻璃管中的液面高度，就可測出被測介質(zhì)的壓力。,,,,,,,,pb,,h1,,,,,,,,p,,h,0,,,,,p,,,,,,,,h,,,,L,,單管壓力計,斜管微壓計,,,α,3 斜管壓力計 將杯形壓力計的玻璃管做成傾

12、斜的形式，就是斜管壓力計。測量壓力時，由于玻璃管傾斜，使液面的位移距離加長，也就使按壓力單位刻度的標尺刻度實際長度加大，即h（被測壓力值）＝l·sinα，因而提高了儀表的讀數(shù)精度。 斜管壓力計主要用來測量2000Pa以下的各種氣體的微小壓力、負壓或差壓。 一般玻璃管的傾斜角不小于15°。,4、液柱式壓力計的使用注意事項：1)液柱式壓力計應避免安裝在過熱、過冷、有腐蝕或有振動的地方

13、。2)液柱式壓力計通常垂直安裝在測壓點附近的支架上。需要水平放置的斜管壓力計應用水平校準儀將其放平。從測壓點到壓力計之間的距離應盡量短，一般應在3－5m之間。3)工作液的密度必須與制作儀表刻度標尺時的液體密度一致。應使液面對準標尺零點。,4) 對有毒的工作液應加裝收集瓶。5)被測介質(zhì)不能與工作液混合或起化學反應。如能混合或起反應則應更換工作液或加裝隔離罐。6)為了減小讀數(shù)誤差，必須正確讀取液面的位置，一般按照工作液彎月面

14、頂點的位置在標尺上讀取。,三、彈性式壓力計 彈性式壓力表是利用各種不同形狀的彈性感壓元件在被測壓力的作用下，產(chǎn)生彈性變形的原理制成的測壓儀表。 彈性式壓力表根據(jù)測壓范圍的大小，有著不同的彈性元件。按彈性元件的形狀結(jié)構(gòu)，彈性壓力計有四種主要的形式：彈簧管壓力表、膜片壓力表、膜盒壓力表和波紋管壓力表。,,各種不同的彈性元件,1. 彈簧管壓力表 彈簧管壓力表的彈性感壓元件是彈簧管。彈簧管有單圈彈簧

15、管和多圈彈簧管。與之相應的壓力表有單圈彈簧管壓力表（簡稱彈簧管壓力表）和多圈彈簧管壓力表（又稱螺旋管壓力表）。 彈簧管壓力表是工業(yè)上應用最廣泛的一種測壓儀表，其中以單圈彈簧的應用最多。,彈簧管壓力計可以直接測量蒸汽、油、水和氣體等介質(zhì)的表壓力、負壓和絕壓，測量范圍可以是－0.1～1500MPa。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、操作安全可靠。缺點是準確度不高，不適用于動態(tài)測量。,彈簧管壓力計的結(jié)構(gòu)圖,拉桿,,,調(diào)整螺釘,扇形齒

16、輪,,,彈簧管,,,油絲,中心齒輪,,儀表接頭,,接儀表指針,,彈簧管壓力計的工作原理： 測量壓力時，被測壓力的介質(zhì)通過管接頭進入彈簧管的內(nèi)腔中。呈橢圓形的彈簧管截面在介質(zhì)壓力的作用下有變圓的趨勢，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴張變形，從而使彈簧管的自由端產(chǎn)生位移。但自由端的位移量很小，必須用一傳動放大機構(gòu)將位移量放大，以提高儀表的靈敏度。自由端位移的放大是借助于拉桿、扇形齒輪和中心齒輪來實現(xiàn)的。自由端位移帶動

17、拉桿，拉桿使扇形齒輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動中心齒輪，從而指針指示出相應的被測壓力。,2、多圈彈簧管壓力表 1）單圈彈簧管壓力表的自由端位移較小（2～15mm），靈敏度較低，只能直接指示用，為了提高壓力表的靈敏度，使彈簧管獲得最大位移，將彈性元件做成螺旋狀的多圈彈簧管。,3、工業(yè)壓力表的選用 壓力檢測儀表的正確選用主要包括確定儀表的型式、量程、范圍、準確度和靈敏度、外形尺寸以及是否需要遠傳和具有其他功能，如指示、記錄、調(diào)節(jié)、報

18、警等。在符合工藝生產(chǎn)過程所提出的技術要求條件下，本著節(jié)約的原則合理地選用壓力表，選用的依據(jù)主要有：1）工藝生產(chǎn)過程對測量的要求，包括量程和準確度。在靜態(tài)測試（或變化緩慢）的情況下，規(guī)定被測壓力的最大值選用壓力表滿刻度值的三分之二；在脈動（波動）壓力的情況下，被測壓力的最大值選用壓力表滿刻度值的二分之一。,常用壓力檢測儀表的準確度等級有0.4級、1.0級、1.5級和2.5級4個級等，應從生產(chǎn)工藝準確度要求和最經(jīng)濟角度選用。儀表的最大允

19、許誤差是儀表的量程與準確度等級百分比的乘積，如果誤差值超過工藝要求準確度，則需更換準確度高一級的壓力儀表。 2）被測介質(zhì)的性質(zhì)，如狀態(tài)（氣體、液體）、溫度、粘度、腐蝕性、法污程度、易燃和易爆程度等。如氧氣表、乙炔表，帶有“禁油”標志，專用于特殊介質(zhì)的耐腐蝕壓力表、耐高溫壓力表、隔膜壓力表等。,3）現(xiàn)場的環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、腐蝕情況、振動、潮濕程度等。如用于振動環(huán)境條件的防震壓力表?！　?）適于工作人員的觀測。根據(jù)檢測儀表所處

20、位置和照明情況選用表徑（外形尺寸）不等的儀表。,四、活塞式壓力計：,活塞式壓力計是根據(jù)靜力學的原理和帕斯卡定律，對于封閉的體系，作用于系統(tǒng)中各處的壓力相等。封閉的系統(tǒng)中引入被測壓力，用在已知面積上加重的方法與未知的壓力相平衡時，被測壓力就可由有效作用面積與作用重力直接計算出來。計算公式為p＝G/S式中：S——活塞的有效面積 G——砝碼重量加活塞桿及承重盤的自重。,1、活塞式壓力計的工作原理和分類,從公式中可以

21、看出，活塞有效面積愈小，所加的砝碼產(chǎn)生的重力愈大則被測的壓力就愈大。活塞壓力即主要用于標準壓力的量值傳遞。 根據(jù)使用的工作介質(zhì)的不同活塞式壓力計可以分為油壓式和氣動式。在活塞和活塞筒間隙中用油的叫油壓式，使用氣體的叫氣動式。氣動式中以浮球式壓力為常見。 活塞式壓力計的測量范圍有：0.01～0.25MPa，0.04～0.6MPa，0.1～6MPa，1.0～60MPa，5.0～250MPa。,2、油壓活塞式

22、壓力計：,3、浮球壓力計,4、活塞式壓力計的使用： 1)要先調(diào)水平，檢查油量和清潔程度，校驗器排氣。 2)在使用時工作介質(zhì)不足時，可先關閉各接頭處的閥門。打開油杯閥門，手輪反時針方向轉(zhuǎn)動抽油，然后關閉油杯閥門，現(xiàn)將手輪轉(zhuǎn)幾圈后再打開接頭閥門。 3)使用時活塞應升至工作位置，活塞帶動專用砝碼按每分鐘30～60轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速順時針方向轉(zhuǎn)動。,4）加減砝碼時，應避免突升突降，關閉活塞

23、閥門，確認砝碼加好后再打開活塞閥門。5）活塞表面嚴禁用手撫摸。6）專用閥門應配套使用。7）不使用時應防止塵土、腐蝕和臟物堵塞。,五、電氣式壓力計電氣式壓力計將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進行測量。 電氣式壓力測量儀表種類很多，國產(chǎn)的電氣式壓力計中最常見的是DDZ－Ⅱ和DDZ－Ⅲ型壓力傳感器。 DDZ－Ⅱ壓力傳感器是將被測壓力轉(zhuǎn)換成0～10mA的電流信號， DDZ－Ⅲ是將被測壓力轉(zhuǎn)換成4－20mA或1～5mA

24、的直流電信號輸出?，F(xiàn)在日常生產(chǎn)中用的較多的是DDZ－Ⅲ型（壓力）差壓變送器。,第二節(jié) 溫度測量儀表 一、基本概念1、溫度和溫標溫度是表征物體冷熱程度的物理量。 用來衡量溫度高低的標尺叫溫度標尺簡稱溫標。它規(guī)定溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。各種溫度計的刻度尺均由溫標確定。 國際上溫標的種類很多，如攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。熱力學溫標和攝氏溫標是我國的法定溫度計量單位。,熱力學溫標用開

25、爾文表示，單位符號為K。它規(guī)定分子運動停止時的溫度為絕對零度。攝氏溫標用攝氏度表示，單位符號為℃。它規(guī)定標準大氣壓下冰的融點為零攝氏度（0℃），水的沸點為100攝氏度（100℃）在0℃和100℃之間分為100等分，每等分為1攝氏度。熱力學溫標和攝氏溫標的換算關系是：T＝273.15＋t,2、測溫儀表的分類溫度是一個重要的物理量，但它不能直接進行測量，而是借助于物質(zhì)的一些隨溫度變化的而變化的性質(zhì)來間接測量。根據(jù)測量的方法不同測

26、溫儀表通常分為接觸式和非接觸式兩種。 溫度測量儀表的分類見下圖：,,,二、膨脹式溫度計根據(jù)物體熱脹冷縮 的原理制成的溫度計統(tǒng)稱為膨脹式溫度計。常見的膨脹式溫度計有玻璃液體溫度計、壓力式溫度計和雙金屬溫度計等。1、玻璃液體溫度計1）結(jié)構(gòu)及工作原理玻璃液體溫度計的結(jié)構(gòu)如下圖示：由液體玻璃溫包（1）、毛細管（2）和刻度尺（3）三部分構(gòu)成。,常用的玻璃溫度計按內(nèi)裝的液體的不同可分為水銀和有機液體玻璃溫度計。按照

27、結(jié)構(gòu)不同分為：透明棒式溫度計、內(nèi)標尺溫度計和外標尺溫度計三種。按照用途分為：工業(yè)用、實驗用、標準玻璃液體溫度計和電接點玻璃液體溫度計。,2)液體膨脹式溫度計的分度值和測量范圍3）玻璃液體溫度計使用時應注意的問題：1)零點位移；2)標尺位移；3）液柱斷裂4）浸沒深度變化；5）讀數(shù)的方法。,2、壓力式溫度計1）壓力式溫度計是基于液體受熱膨脹和氣體受熱壓力變化的原理制成的測溫儀表，由于其檢測部分均采用彈簧管壓力計所以叫壓力表

28、式溫度計。壓力表式溫度計由感溫包、傳壓元件毛細管和變形元件彈簧管等組成的封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)充填的工作物質(zhì)可以是氣體、液體或低沸點液體的飽和蒸氣等。測溫時置于被測介質(zhì)中，溫包內(nèi)的工作物質(zhì)因溫度的升高體積膨脹而導致壓力增大，壓力變化轉(zhuǎn)換成指針的位移指示出相應的溫度。,2）壓力表式溫度計使用中的注意問題：A。溫包插入的深度；B。環(huán)境溫度變化的影響；C。安裝的高度；D。大氣壓力的變化的影響。,3、雙金屬溫度計雙金屬溫度計是根據(jù)金屬

29、的長度是隨溫度的變化而變化的性質(zhì)制成的。雙金屬溫度計的感溫元件是兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬疊焊在一起制成的。雙金屬片受熱后，由于兩種金屬的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹長度差越大，彎曲的角度越大。,,,,,t0,t>t0,,,為了使變形顯著，常將雙金屬片做成螺旋形。如下圖示：,4、熱電阻式溫度計1）熱電阻的測溫原理及結(jié)構(gòu)熱電阻溫度計是利用物體的電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測溫的。將熱電阻置于被測介質(zhì)中，其感溫元件的電

30、阻將隨介質(zhì)的溫度而變化，并且是一確定值，知道溫度和電阻的對應關系就可通過測量電阻來達到測量溫度的目的。制造熱電阻的材料有：鉑、銅和鎳等。,熱電阻由電阻體、引出線和絕緣套管組成。如下圖示：,電阻體多采用雙繞法，以消除電感。熱電阻測量溫度時可采用不平衡電橋或平衡電橋的原理來進行。在工業(yè)測溫中，一般將動圈儀表接成不平衡電橋，當熱電阻的電阻改變時，動圈表的指針直接指示出被測溫度。熱電阻的引出線常用的接法有兩線制和三線制兩種。兩線制：

31、在熱電阻的感溫元件的兩端各連接一根導線的引線形式為兩線制。,三線制：在熱電阻的一端連接兩根導線，另一端連接一根導線，這中接法叫三線制。,5、熱點偶溫度計1）熱點偶測溫原理將兩種不同的導體A和B組成閉合回路，當A和B相接的兩個接點的溫度不同時，回路中會產(chǎn)生一個熱電勢EAB(T,T0),,,A,B,T0,T,,,EAB(T0),EAB(T),EB（T，T0）,EA（T，T0）,測量端,,參考端,,當參考端的溫度恒定時，熱電勢是測量端